187693. lajstromszámú szabadalom • Eljárás p-tipusú tartományok kialakítása AL diffúzióval
1 187 693 2 tás katódporlasztás - az alkalmazott maszkoló rétegnél legalább kétszer, de célszerűen 3-4-szer vastagabb poliszilícium réteget kell használni. A poliszilícium réteg növelése azért is célszerű, mert ezzel csökken a réteg lyukacsosságának - pinhole - mértéke. Tökéletesen lyukmentes poliszilícium réteg előállításához célszerű azt két rétegben felvinni, például 500 nm vastag réteget LPCDV módszerrel, és 500 nm-t pedig vákuum párologtatással. A kitűzött feladatot olyan eljárással oldjuk meg, - hogy a kialakított ablakok felületét 5-20 nm vastagságú Si02 réteggel fedjük le, majd az egész Si egykristályszelet felületére az eredeti maszkoló rétegnél legalább kétszer vastagabb, de min. 500 nm vastagságú poliszilícium és/vagy amorf Si réteget választunk le, és az Al-ot az így kialakított poliszilícium és/vagy amorf Si rétegen keresztül diflfundáltatjuk a Si egykristály szeletbe, majd sorrendben ismert eljárással lemarjuk először a poliszilícium és/vagy amorf Si réteget, majd utána a Si02 és/vagy Si3N4 maszkoló réteget. Az ablakok előbb emlitett 5-20 nm vastagságú Si02 réteggel történő lefedése azért szükséges, mert a diffúzió befejezése után a poliszilícium réteg kémiai marással történő eltávolításakor az eredeti Si egykristály szelet bemaródása még elkerülhető. E vékony Si02 réteg az A1 diffúzióval szemben még nem maszkol, tehát nem akadályozza az Al-nak a Si egykristály szeletbe történő diffúzióját. A kidolgozott eljárás egyik kiviteli példájaként az A1 diffúziós forrás a poliszilícium és/vagy amorf Si réteg felületére vákuumpárologtatással felvitt 5-30 nm vastagságú A1 réteg. A poliszilícium réteg párologtatásával egy menetben vékony A1 réteget is párologtathatunk annak tetejére, amely a diffúzió forrásaként szolgál. Ennek a megoldásnak az előnye, hogy nem szükséges külön A1 diffúziós forrásról gondoskodni. Ha a diffúziót oxigén vagy oxigéntartalmú vegyületek pl. Si02 gőzök kizárása mellett végezzük, akkor a felvitt A1 mennyisége úgyszólván teljesen bedififundál a Si-be. Az ilyen diffúzió például hidegfalú rendszerben valósítható meg, ahol a Si szeleteket kvarccsőben grafittartóra helyezzük és a grafitot nagyfrekvenciásán izzítjuk. Intenzív hidrogén öblítés miatt a kvarccső falának hőmérséklete nem emelkedik 5-600 °C fölé, és itt a kvarc párolgása még elhanyagolható. De használható a Si egykristály szeletek fűtésére sugárzó hő is, amely a kvarccsövet nem izzítja fel. Az A1 diffúziós eljárás megvalósítható kvarcmentes rendszerben is. Ilyenkor a diffúziós kályha béléscsöve gyanánt SiC csövet vagy Si csövet alkalmazunk. Ha az Al-t az ismert ellenállásos fűtésű kemencében 1000 °C feletti hőmérsékleten diflfundáltatjuk, a kvarccső párolgása miatt a Si egykristály szeletek felületére felvitt A1 réteg a Si02 gőzökkel elreagál, és A1 diffúzió egyáltalán nem jön létre. A kísérleteink során azt a meglepő jelenséget tapasztaltuk, ha a Si egykristály szelet A1 réteggel ellátott felületei közvetlenül egymással érintkezve vannak a diffúziós rendszerben elhelyezve, akkor a Si02 gőzök nem tudnak az Si egykristály szeletek közé behatolni és az A1 diffúzió végbemegy. Ebben az esetben eljárhatunk úgy, hogy az állított szelethelyzetet biztosító szelettartóba két-két Si egykristály szeletet egymással szembefordítva helyezünk egy-egy vájatba, úgy, hogy a szeletek a diffúzió során szorosan egymáshoz simuljanak. De eljárhatunk úgy is, hogy fektetett szelettartót használunk, és arra egymás fölé rétegezzük az A) diffúzióra előkészített Si egykristály szeleteket, az Al-al bevont oldalukkal megint csak szembefordítva. így több Si egykristály szelet helyezhető egymás fölé. Gondoskodni kell azonban arról, hogy a diffúzió során a Si egykristályszeletek egymáson el ne csúsz- S7anak. Az elcsúszást kvarc bütykök alkalmazásával lehet megakadályozni. Természetesen más egyéb diffúziós forrás is hasznaiható. Például megolvasztott A1 vagy Al-Si ötvözet. Ebből a diffúziós forrásból az A1 gőzök a H2 áram segítségével jutnak el a Si egykristály szeletek felületére. Ez az eljárás csak hidegfalú, vagy kvarcmentes rendszer használata esetén valósítható meg. A találmány szerinti eljárás egyik példa szerinti kivitelezését, illetve a műveleti sorrendjét szemléletesen az 1. ábrában mutatjuk be. 1. sz. példa, a szigetelő diffúzió készítése nagyfeszültségű IC-hez, az 1 p típusú Si egykristály szeleten 2 n típusú epitaxiális réteget alakítunk ki, melynek felületét termikus oxidációval 200 nm vastag 3 Si02 réteggel vonjuk be. Erre a 2 n típusú epitaxiális oxid rétegre 50 nm vastag 4 Si3N4 réteget választunk le, majd e két maszkoló rétegben az ismert fotoreziszt eljárások segítségével 5 ablakokat alakítunk ki a szigetelő diffúzió részére. Az 5 ablakok felületét füstölgő salétromsavas kezeléssel 5-6 nm vastag 3 Si02 réteggel vonjuk be. A Si egykristály szeletekre LPCVD módszerrel 1000 nm vastag 6 poliszilícium réteget választunk le, majd vákuumban 7 A1 réteget párologtatunk rá. Az így előkészített Si egykristály szeleteket Al-os oldalukkal egymásra helyezve kvarccső bélésű diffúziós kályhába H atmoszférában 1150 °C-ra melegítjük fel, és 20 percig ezen a hőfokon tartjuk. Ezalatt az Al a 6 poliszilícium rétegen átdiffundálva az 5 ablakok alatti 2 n típusú epitaxiális rétegbe diflfundál és ebben 3,5 pm mély 8 p típusú réteget hoz létre, melyek felületi koncentrációja 1019 at/cm3. A diffúzió befejeztével a 6 poliszilícium réteget forró 20%-os KOH oldattal lemarjuk, majd hígítón HF-el eltávolítjuk és 3 Si02 és 4 Si3N4 rétegeket is. A Si egykristály szeleteket 1200 °C-os diffúziós kályhába helyezzük be az Al-ot olyan mélyre diffundáltatjuk, hogy a 8 p típusú réteg átmenjen a 2 n típusú epitaxiális rétegen. A 2 n típusú epitaxiális rétegben ezáltal 9 n típusú zsebek alakulnak ki, melyek majd az IC egyes elemeit tartalmazzák. 2. példa: Egymástól izolált p típusú rétegekben 50 V letörési feszültségű diódák előállítására. A műveleti sorrendet a 2. ábrában mutatjuk be. A 10 n típusú Si egykristály szeleten termikus oxidációval 200 nm vastag 3 Si03 réteget hozunk létre, melyben fotoreziszt technikával 5 ablakot alakítunk ki. Ezután a 10 n típusú szilícium egykristály szeleteket 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65
